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第二節　安培力的應用
（分值：100分）
1~7題每題7分，共49分
考點一　電流天平
1.如圖，在等臂電流天平的右端托盤下固定一矩形線圈，線圈匝數為n，底邊cd長為L，調平衡后放在磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直；當線圈中通入圖示方向的電流I時，在天平左、右兩邊加上質量分別為m1、m2的砝碼使天平再次平衡，重力加速度為g，則以下關系式正確的是（　　　　）
A.nBIL=（m1-m2）g B.nBIL=（m2-m1）g
C.BIL=（m2-m1）g D.BIL=（m1+m2）g
2.如圖甲所示，用電流天平測量勻強磁場的磁感應強度，掛在天平右臂下方的單匝矩形線圈中通入如圖乙所示的電流，此時天平處于平衡狀態，現保持邊長和電流大小、方向都不變，將該矩形線圈短邊放在磁場中，如圖丙所示，掛在天平的右臂下方，則（　　　　）
A.天平仍平衡 B.線圈受安培力變大
C.天平向右下方傾斜 D.天平向左下方傾斜
3.（多選）（2024·中山市高二期末）如圖所示為電流天平，可以測量勻強磁場的磁感應強度B。它的右臂掛著矩形線圈，線圈匝數為n，b段導線長為l，導線a、b、c段處于勻強磁場中，磁感應強度方向與線圈平面垂直。當線圈沒有通電時，天平處于平衡狀態。當線圈中通入電流I時，在右盤加質量為m的砝碼可使天平重新平衡。重力加速度為g，下列說法正確的是（　　　　）
A.線圈中受到的安培力方向豎直向下
B.在右盤加質量為m的砝碼后，若同時將磁場和電流反向，天平仍然平衡
C.由以上測量數據可以求出磁感應強度B=
D.若僅將電流反向，可在右盤加質量為2m的砝碼使天平重新平衡
考點二　磁電式電表
4.（多選）（2023·汕頭市高二期中）如圖甲為磁電式電流表的結構圖，圖乙為蹄形磁鐵和鐵質圓柱間的磁場分布，線圈a、b兩邊通以圖示方向電流，線圈兩邊所在處的磁感應強度大小相等。則下列選項正確的是（　　　　）
A.該磁場為勻強磁場
B.線圈將順時針轉動
C.線圈平面總與磁場方向垂直
D.圖示位置線圈b邊受安培力方向豎直向下
5.（多選）（2024·深圳市高二期末）如圖所示，某磁電式電流表的矩形線圈處在均勻輻射狀磁場中，線圈左右兩邊所在之處的磁感應強度大小均相等。線圈受到的安培力和螺旋彈簧的彈力達到平衡時，指針穩定，下列說法正確的是（　　　　）
A.指針穩定后螺旋彈簧形變產生的阻礙效果與線圈受到的安培力的轉動效果是相反的
B.指針穩定后螺旋彈簧形變產生的阻礙效果與線圈受到的安培力的轉動效果是相同的
C.通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉角度也越大
D.更換勁度系數更小的螺旋彈簧，可增大電流表的量程
考點三　直流電動機
6.直流電動機通電后，使線圈發生轉動的力是（　　　　）
A.重力 B.電場力 C.安培力 D.摩擦力
7.如圖所示是直流電動機的模型，閉合開關后線圈順時針轉動，現要使線圈逆時針轉動，下列方法中可行的是（　　　　）
A.只改變電流方向
B.只改變電流大小
C.換用磁性更強的磁鐵
D.對換磁極同時改變電流方向
8~11題每題9分，共36分
8.（2023·茂名市電白區高二期中）如圖所示，電磁炮是一種新型的發射炮彈的裝置，把待發射的炮彈放在勻強磁場中的兩平行導電導軌上，給導軌通以電流，炮彈作為一個載流導體在磁場作用下沿導軌加速，使炮彈獲得極大的發射速度。下列各俯視圖中正確表示磁場B方向的是（　　　　）
9.（2024·江門市高二期末）如圖甲所示是我國研制的高速磁浮交通系統成功下線的情景。常導磁吸式（EMS）利用裝在車輛兩側轉向架上的常導電磁線圈和鋪設在線路導軌上的磁鐵，在兩者的相互作用下產生的吸引力使車輛浮起，軌道磁鐵受列車速度影響，速度大磁性強，軌道磁鐵外部磁感應強度隨距離增大而減小。車體運行時，通過精確控制車身線圈中的電流I磁，形成穩定的吸引力，使車體與軌道之間始終保持10 mm的懸浮氣隙，如圖乙所示。下列選項正確的是（　　　　）
A.車身懸浮時受到的豎直方向安培力大于重力
B.當懸浮間隙小于10 mm時，應增大電流I磁使之恢復
C.車體滿載時懸浮較空載所需的電流I磁較小
D.列車高速時更難懸浮
10.（2023·廣州市鐵一、廣大附、廣外三校高二期末）如圖所示，某興趣小組制作了一種可“稱量”磁感應強度大小的實驗裝置。蹄形磁鐵置于水平電子測力計上，蹄形磁鐵兩極之間的磁場可視為水平勻強磁場，不計兩極間以外區域磁場。一水平導體棒垂直磁場方向放入蹄形磁鐵兩極之間（未與磁鐵接觸），導體棒由兩根絕緣桿固定于鐵架臺上。導體棒沒有通電時，測力計的示數為G0；導體棒通以圖示方向電流I（如圖所示）時，測力計的示數為G1。測得導體棒在兩極間的長度為L，磁鐵始終靜止，不考慮導體棒電流對磁鐵磁場分布的影響。下列說法正確的是（　　　　）
A.導體棒所在處磁場的磁感應強度大小為B=
B.若使圖示方向電流增大，被“稱量”的磁感應強度將增大
C.若使圖示方向電流增大，被“稱量”的磁感應強度將減小
D.若通以圖示大小相等、方向相反的電流I，測力計示數將變為2G0-G1
11.（2024·東莞市高二月考）如圖所示，是物理興趣小組自制的電流表原理圖。質量為m的均勻細金屬桿MN與一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連，彈簧勁度系數為k，在邊長ab=L1、bc=L2的矩形區域abcd內有勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外。MN的右端連接一絕緣輕指針，可指示出標尺上的刻度，MN的長度大于ab。當MN中沒有電流通過且處于靜止時，MN與ab邊重合，且指針指在標尺的零刻度。當MN中有電流時，指針示數可表示電流大小。MN始終在紙面內且保持水平，重力加速度為g，則（　　　　）
A.金屬桿中電流方向不影響電流表正常工作
B.當該電流表的示數為零時，彈簧的伸長量為零
C.該電流表的刻度在有效范圍內是不均勻的
D.該電流表的最大量程是Im=
12.（15分）（2024·廣州市高二月考）某電子天平原理如圖所示，E形磁鐵的兩側為N極，中心為S極，兩極間磁感應強度的大小均為B，磁極寬度均為L。忽略邊緣效應，一正方形線圈套于中心磁極，其骨架與秤盤連為一體，線圈兩端C、D與外電路連接，當質量為m的重物放在秤盤上時，彈簧被壓縮，秤盤和線圈一起向下運動（骨架與磁極不接觸），隨后外電路對線圈供電，秤盤和線圈恢復到未放重物時的位置并靜止。此時根據對應的供電電流I，可確定重物的質量。已知線圈匝數為n，線圈電阻為R，重力加速度為g。
（1）（4分）供電電流I是從C端還是從D端流入？
（2）（4分）求重物質量與電流的關系。
（3）（7分）不法商販發現了秤中E形磁鐵，打算在兩側各加一塊鐵片，試問這樣對稱重有沒有影響？稱重是變大還是變小了？說明理由。
答案精析
1.B　［根據左手定則可知線圈所受安培力方向為豎直向上，根據平衡條件有m2g-nBIL=m1g，解得nBIL=（m2-m1）g，故選B。］
2.C　［根據左手定則可知，線圈所受安培力方向向上，由于F=BIL，則當短邊放入磁場時線圈受到的向上的安培力減小，則天平向右下方傾斜，故選項C正確。］
3.BC　［根據左手定則可知線圈中受到的安培力方向豎直向上，故A錯誤；
在右盤加質量為m的砝碼后，若同時將磁場和電流反向，此時安培力大小方向都不變，所以天平仍然平衡，故B正確；
根據題意可知nBIL=mg，
解得B=，故C正確；
若僅將電流反向，安培力豎直向下，在右盤加質量為2m的砝碼，無法使天平重新平衡，故D錯誤。］
4.BD　［根據磁感線分布可知，該磁場不是勻強磁場，故A錯誤；
根據左手定則，圖示位置a邊受安培力方向豎直向上，b邊受安培力方向豎直向下，則a向上轉動，b向下轉動，即線圈將順時針轉動，故B、D正確；
根據磁感線分布可知，線圈平面總與磁場方向平行，故C錯誤。］
5.AC　［螺旋彈簧形變產生的阻礙效果與線圈受到的安培力的轉動效果相反線圈才能停止轉動，使指針穩定，A正確，B錯誤；
安培力與電流大小成正比，所以通電線圈中的電流越大，線圈所受的安培力就越大，電流表指針偏轉角度也越大，C正確；
由線圈受到的安培力和螺旋彈簧的彈力達到平衡時，指針穩定，更換勁度系數更小的螺旋彈簧，相同彈力（安培力）彈簧形變量更大，電流表的量程減小，D錯誤。］
6.C　［直流電動機通電后，線圈中有電流通過，通電線圈在磁場中受到安培力的作用開始轉動，A、B、D錯誤，C正確。］
7.A　［直流電動機的轉動方向與線圈中的電流方向和磁場方向有關，與磁場強弱無關，若使通入線圈的電流方向改變或磁場的方向改變，它的轉動方向都將改變，但如果同時改變電流的方向和磁場的方向，線圈的轉動方向將不變，故A正確。］
8.B　［根據左手定則可知，A圖中安培力方向向左，不能使炮彈沿導軌向右加速，A錯誤；B圖中炮彈所受安培力向右，使炮彈向右加速，B正確；C、D圖中炮彈中電流方向與磁場平行，不受安培力，C、D錯誤。］
9.B　［車身懸浮時受到的安培力大小等于重力，A錯誤；
當懸浮間隙小于10 mm時，應增大電流I磁，從而增大向上的安培力，使之恢復，B正確；
車體滿載時會使車重增加，要增大安培力才能穩定懸浮，根據F=BIL應增大電流，C錯誤；
軌道磁鐵受列車速度影響，速度大，磁性強，根據
F=BIL列車高速時B更強，安培力增大，更容易磁懸浮，D錯誤。］
10.D　［當導體棒通以圖示方向電流I時，根據左手定則可知，導體棒受安培力向上，由牛頓第三定律知磁鐵受到向下的作用力，由平衡條件可知F安=BIL=G1-G0，解得B=，選項A錯誤；磁鐵兩極間的磁感應強度只與磁鐵本身有關，若使圖示方向電流增大，被“稱量”的磁感應強度不變，選項B、C錯誤；
若通以圖示大小相等、方向相反的電流I，則安培力反向，此時測力計示數將變為FN=G0-F安=2G0-G1，選項D正確。］
11.D　［電流表正常工作時金屬桿所受安培力應向下，即電流方向應M→N，故電流方向改變，所受安培力方向改變，會影響電流表正常工作，A錯誤；
當該電流表的示數為零時，滿足kΔx=mg，可得彈簧的伸長量為Δx=≠0，B錯誤；
設電流表滿偏時通過MN的電流為Im，此時金屬桿達到cd位置，由平衡條件可得mg+BImL1=k（Δx+L2），聯立可解得最大量程為Im=，同理可知，在未達到最大量程時滿足I=，I與x成正比，故該電流表的刻度在有效范圍內是均勻的，C錯誤，D正確。］
12.（1）D端流入　（2）m=I
（3）有影響，稱重變小，理由詳見解析
解析　（1）根據左手定則可知，若想使彈簧恢復形變，安培力必須向上，根據左手定則可知電流應從D端流入。
（2）根據受力平衡mg=nBI·2L，解得m=I
（3）有影響，稱重質量變小。
由于兩側增加鐵片后，磁感應強度變大。根據（2）中質量與電流的關系式可知，當質量不變時，磁感應強度變大，所需的供電電流I變小。故電子秤表盤的讀數變小，即稱重變小。第二節　安培力的應用
［學習目標］　1.知道電流天平、磁電式電表、直流電動機的基本構造及工作原理（重點）。2.進一步熟練掌握安培力公式及左手定則（重難點）。
一、電流天平
1.普通天平是應用　　　　　　　　把被測物與已知質量的砝碼進行力學平衡。利用　　　　　　　　測量出被測物體的質量。
2.電流天平同樣運用等效替代法，結合　　　　的相關知識和現代電子技術，通常用于實驗室中測量兩平行通電導體之間的　　　　　　　　和　　　　　　　　。
怎樣增大電流天平的靈敏度？（寫出一種方案即可）
例1　電流天平可以用來測量勻強磁場的磁感應強度大小，裝置如圖所示。其右臂懸掛著匝數n=10的矩形線圈，線圈水平邊長l=10 cm，處于勻強磁場中，磁感應強度的方向垂直于線圈平面向外。當線圈中通過I=0.1 A、順時針方向的電流時，調節砝碼使天平達到平衡，此時左盤中砝碼質量m1=0.4 kg，右盤中砝碼質量m2=0.5 kg。若懸掛矩形線圈的輕桿及矩形線圈的質量均不計，重力加速度g=10 m/s2，求：
（1）線圈所在處磁場的磁感應強度大小；
（2）若僅使線圈中電流反向，需要再向左盤中添加質量為多少的砝碼，才能使此天平兩臂再達到平衡。
針對訓練　（2024·湛江市高二期末）如圖所示天平可用來測量磁場的磁感應強度。天平的右臂下面掛一個矩形線圈，底邊bc長為L，共N匝，線圈的下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面。當線圈中通有電流I（方向如圖所示）時，在天平兩邊加上質量分別為m1、m2的砝碼時，天平平衡；當電流反向（大小不變）時，右邊再加上質量為m的砝碼后，天平又重新平衡，重力加速度為g。由此可知（　　）
A.磁感應強度方向垂直紙面向里，大小為
B.磁感應強度方向垂直紙面向外，大小為
C.磁感應強度方向垂直紙面向外，大小為
D.磁感應強度方向垂直紙面向里，大小為
二、磁電式電表
磁電式電流表由刻度盤、指針、蹄形磁鐵、軟鐵、螺旋彈簧、線圈構成。其結構示意圖如圖所示。
1.蹄形磁鐵和圓柱形鐵芯間的磁場均勻輻向分布，如圖所示，該磁場是勻強磁場嗎？
2.求穿過正方形線圈的磁通量的大小。（已知輻向磁場的磁感應強度為B，線圈的邊長為L，通過的電流為I）
3.在問題2已知條件下，正方形線圈左邊和右邊導線受到的安培力的大小和方向？
4.線圈在轉動過程中，線圈受到的安培力大小發生變化嗎？線圈會一直轉動下去嗎？
5.當線圈中電流方向改變時，線圈（指針）如何轉動？
1.當磁電式電表的線圈沒有電流通過時，螺旋彈簧處于自然狀態，線圈處于水平位置，指針指向　　　　。
2.當安培力與螺旋彈簧阻力作用效果　　　　時，線圈停在某一位置，電表指針指示表盤相應刻線，進而得到相應電流的　　　　。
3.改變通入線圈的電流方向，　　　　的方向隨之改變，指針的　　　　方向也隨之改變。
如何提高磁電式電表的靈敏度？（寫出一種方案即可）
例2　（2023·珠海市高二期中）圖甲為實驗室里某型號磁電式電流表結構。矩形線圈匝數為n，電阻為R。矩形線圈處在均勻輻射狀磁場中，如圖乙所示，線圈左右兩邊所在處的磁感應強度大小均為B。線圈受到的安培力和螺旋彈簧的彈力達到平衡時，指針達到穩定。下列說法正確的是（　　）
A.如圖甲所示，線圈順時針轉動過程中，穿過線圈的磁通量減少
B.在線圈轉動范圍內，線圈所受安培力大小與電流大小有關，而與所在位置無關
C.通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉角度就越小
D.更換勁度系數更小的螺旋彈簧，可以減小電流表的靈敏度（靈敏度即）
三、直流電動機
如圖所示
（1）當線圈處于如圖所示位置時，所受安培力情況如何？
（2）直流電動機的線圈通過哪個部件實現連續不停地朝一個方向轉動的？
1.直流電動機是利用　　　　使通電線圈轉動的典型應用。從能量的角度看， 它是將電能轉換成　　　　的旋轉電機。
2.直流電動機線圈兩端與兩個半圓形銅環相連，同時安裝與半圓形銅環接觸的電刷，由此通過電流的　　　　換向，確保線圈受到的安培力始終起到推動線圈往同一個方向持續轉動。
3.優點：只需改變輸入電流的大小就能直接調節電動機的　　　　，常被應用于需要調速的設備。
例3　（多選）幾位同學課后討論直流電動機時，有下面幾種說法，你認為正確的是（　　）
A.直流電動機將電能轉化為機械能
B.直流電動機的電源是直流電，線圈中的電流方向是不變的
C.直流電動機中的換向器是由彼此絕緣的兩個金屬半圓環制成的
D.直流電動機的優點是可以連續調節轉動速度
答案精析
一、
1.杠桿原理　等效替代法
2.安培力　相互作用力　磁感應強度
討論與交流
增加線圈的匝數、增大磁感應強度、增加線圈底邊的邊長等
例1　（1）10 T　（2）0.2 kg
解析　（1）根據左手定則可知，線圈所受安培力方向豎直向上；
安培力大小為FA=nBIl
由平衡條件得m1g=m2g-FA
代入數據解得B=10 T
（2）若電流反向，則由左手定則可知，線圈所受安培力方向豎直向下。設還需要在左盤中添加質量為m的砝碼，由平衡條件得m1g+mg=m2g+nBIl
代入數據解得m=0.2 kg。
針對訓練　C　［因為電流反向時，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以此時安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場方向垂直于紙面向外。電流反向前，有m1g=m2g+m3g+NBIL，其中m3為線圈質量。電流反向后，有m1g=m2g+m3g+mg-NBIL，兩式聯立可得B=，故選C。］
二、
1.磁感應強度大小處處相等，方向不同，故不是勻強磁場。
2.磁感線與線圈平面平行，故穿過正方形線圈的磁通量為零。
3.左、右兩邊受到的安培力大小均為BIL，根據左手定則知左邊導線受到的安培力方向向上，右邊導線受到的安培力方向向下，使線圈轉動起來。
4.由于B、I、L不變，故線圈受到的安培力大小不變。線圈不會一直轉下去，因為線圈受安培力作用發生轉動，螺旋彈簧變形，阻礙線圈的轉動，最終達到平衡，指針停止偏轉。電流越大，線圈偏轉角度越大，指針偏轉角度越大，所以根據指針偏轉角度的大小，可以確定被測電流的大小。
5.當線圈中電流方向改變時，安培力的方向隨之改變，線圈（指針）的偏轉方向也隨著改變，所以根據指針的偏轉方向可知被測電流的方向。
梳理與總結
1.零刻度
2.相當　大小
3.安培力　偏轉
討論與交流
增加線圈的匝數、增大磁感應強度、換勁度系數更小的彈簧。
例2　B　［線圈順時針轉動過程中，線圈平面與磁感線始終平行，故磁通量始終為零，穿過線圈的磁通量不變，故A錯誤；
線圈左右兩邊所在處的磁感應強度大小均為B，無論什么位置磁感應強度大小都相等，根據安培力的表達式F=BIL，可知，安培力的大小只與電流大小相關，與所在位置無關，故B正確；
線圈中的電流越大，線圈所受到的安培力越大，電流表指針偏轉角度也就越大，故C錯誤；
更換勁度系數更小的螺旋彈簧，電流變化量相等時，安培力變化量相等，但轉動角度變化量大，故靈敏度增加，故D錯誤。］
三、
（1）ab邊中通入由a到b的電流，根據左手定則可知，ab邊受向上的安培力，同理可判斷cd邊受向下的安培力，線圈順時針轉動。
（2）換向器。
梳理與總結
1.安培力　機械能
2.周期性
3.轉速
例3　ACD　［直流電動機將電能轉化為機械能，故A正確；直流電動機的電源是直流電，但線圈中電流方向是改變的，故B錯誤；直流電動機中的換向器是由彼此絕緣的兩個金屬半圓環制成的，故C正確；線圈中電流的大小決定了線圈轉動的快慢，所以直流電動機的優點是可以連續調節轉動速度，故D正確。］(共56張PPT)
DIYIZHANG
第一章
第二節　安培力的應用
1.知道電流天平、磁電式電表、直流電動機的基本構造及工作原理(重點)。
2.進一步熟練掌握安培力公式及左手定則(重難點)。
學習目標
一、電流天平
二、磁電式電表
課時對點練
內容索引
三、直流電動機
電流天平
一
1.普通天平是應用 把被測物與已知質量的砝碼進行力學平衡。利用 測量出被測物體的質量。
2.電流天平同樣運用等效替代法，結合 的相關知識和現代電子技術，通常用于實驗室中測量兩平行通電導體之間的 和______
________。
杠桿原理
等效替代法
安培力
相互作用力
磁感
應強度
怎樣增大電流天平的靈敏度？(寫出一種方案即可)
討論與交流
答案　增加線圈的匝數、增大磁感應強度、增加線圈底邊的邊長等
　電流天平可以用來測量勻強磁場的磁感應強度大小，裝
置如圖所示。其右臂懸掛著匝數n=10的矩形線圈，線圈水
平邊長l=10 cm，處于勻強磁場中，磁感應強度的方向垂直
于線圈平面向外。當線圈中通過I=0.1 A、順時針方向的電
流時，調節砝碼使天平達到平衡，此時左盤中砝碼質量m1=0.4 kg，右盤中砝碼質量m2=0.5 kg。若懸掛矩形線圈的輕桿及矩形線圈的質量均不計，重力加速度g=10 m/s2，求：
(1)線圈所在處磁場的磁感應強度大小；
例1
答案　10 T　
根據左手定則可知，線圈所受安培力方向豎直向上；
安培力大小為FA=nBIl
由平衡條件得m1g=m2g-FA
代入數據解得B=10 T
(2)若僅使線圈中電流反向，需要再向左盤中添加質量為多少的砝碼，才能使此天平兩臂再達到平衡。
答案　0.2 kg
若電流反向，則由左手定則可知，線圈所受安培力方向豎直向下。設還需要在左盤中添加質量為m的砝碼，由平衡條件得
m1g+mg=m2g+nBIl
代入數據解得m=0.2 kg。
　(2024·湛江市高二期末)如圖所示天平可用來測量磁場的磁感應強度。天平的右臂下面掛一個矩形線圈，底邊bc長為L，共N匝，線圈的下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面。當線圈中通有電流I(方向如圖所示)時，在天平兩邊加上質量分別為m1、m2的砝碼時，天平平衡；當電流反向(大小不變)時，右邊再加上質量為m的砝碼后，天平又重新平衡，重力加速度為g。由此可知
A.磁感應強度方向垂直紙面向里，大小為
B.磁感應強度方向垂直紙面向外，大小為
C.磁感應強度方向垂直紙面向外，大小為
D.磁感應強度方向垂直紙面向里，大小為
針對訓練
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因為電流反向時，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以
此時安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場方向垂直
于紙面向外。電流反向前，有m1g=m2g+m3g+NBIL，
其中m3為線圈質量。電流反向后，有m1g=m2g+m3g+
mg-NBIL，兩式聯立可得B=，故選C。
磁電式電表
二
磁電式電流表由刻度盤、指針、蹄形磁鐵、軟鐵、螺旋彈簧、線圈構成。其結構示意圖如圖所示。
1.蹄形磁鐵和圓柱形鐵芯間的磁場均勻輻向分布，如圖所示，該磁場是勻強磁場嗎？
答案　磁感應強度大小處處相等，方向不同，故不是勻強磁場。
2.求穿過正方形線圈的磁通量的大小。(已知輻向磁場的磁感應強度為B，線圈的邊長為L，通過的電流為I)
答案　磁感線與線圈平面平行，故穿過正方形線圈的磁通量為零。
3.在問題2已知條件下，正方形線圈左邊和右邊導線受到的安培力的大小和方向？
答案　左、右兩邊受到的安培力大小均為BIL，根據左手定則知左邊導線受到的安培力方向向上，右邊導線受到的安培力方向向下，使線圈轉動起來。
4.線圈在轉動過程中，線圈受到的安培力大小發生變化嗎？線圈會一直轉動下去嗎？
答案　由于B、I、L不變，故線圈受到的安培力大小不變。線圈不會一直轉下去，因為線圈受安培力作用發生轉動，螺旋彈簧變形，阻礙線圈的轉動，最終達到平衡，指針停止偏轉。電流越大，線圈偏轉角度越大，指針偏轉角度越大，所以根據指針偏轉角度的大小，可以確定被測電流的大小。
5.當線圈中電流方向改變時，線圈(指針)如何轉動？
答案　當線圈中電流方向改變時，安培力的方向隨之改變，線圈(指針)的偏轉方向也隨著改變，所以根據指針的偏轉方向可知被測電流的方向。
1.當磁電式電表的線圈沒有電流通過時，螺旋彈簧處于自然狀態，線圈處于水平位置，指針指向 。
2.當安培力與螺旋彈簧阻力作用效果 時，線圈停在某一位置，電表指針指示表盤相應刻線，進而得到相應電流的 。
3.改變通入線圈的電流方向， 的方向隨之改變，指針的 方
向也隨之改變。
梳理與總結
零刻度
相當
大小
安培力
偏轉
如何提高磁電式電表的靈敏度？(寫出一種方案即可)
討論與交流
答案　增加線圈的匝數、增大磁感應強度、換勁度系數更小的彈簧。
　(2023·珠海市高二期中)圖甲為實驗室里某型號磁電式電流表結構。矩形線圈匝數為n，電阻為R。矩形線圈處在均勻輻射狀磁場中，如圖乙所示，線圈左右兩邊所在處的磁感應強度大小均為B。線圈受到的安培力和螺旋彈簧的彈力達到平衡時，指針達到穩定。下列說法正確的是
A.如圖甲所示，線圈順時針轉動過程中，穿過線圈的磁通量減少
B.在線圈轉動范圍內，線圈所受安培力大小與電流大小有關，而
與所在位置無關
C.通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉角度就越小
D.更換勁度系數更小的螺旋彈簧，可以減小電流表的靈敏度(靈
敏度即)
例2
√
線圈順時針轉動過程中，線圈平面與磁感線始終平行，故磁通量始終為零，穿過線圈的磁通量不變，故A錯誤；
線圈左右兩邊所在處的磁感應強度大小均為B，無論什么位置磁感應強度大小都相等，根據安培力的表達式F=BIL，可知，安培力的大小只與電流大小相關，與所在位置無關，故B正確；
線圈中的電流越大，線圈所受到的安培力越大，電流表指針偏轉角度也就越大，故C錯誤；
更換勁度系數更小的螺旋彈簧，電流變化量相等時，安培力變化量相等，但轉動角度變化量大，故靈敏度增加，故D錯誤。
返回
直流電動機
三
如圖所示
(1)當線圈處于如圖所示位置時，所受安培力情況如何？
答案　ab邊中通入由a到b的電流，根據左手定則可知，ab邊受向上的安培力，同理可判斷cd邊受向下的安培力，線圈順時針轉動。
(2)直流電動機的線圈通過哪個部件實現連續不停地朝一個方向轉動的？
答案　換向器。
1.直流電動機是利用 使通電線圈轉動的典型應用。從能量的角度看， 它是將電能轉換成 的旋轉電機。
2.直流電動機線圈兩端與兩個半圓形銅環相連，同時安裝與半圓形銅環接觸的電刷，由此通過電流的 換向，確保線圈受到的安培力始終起到推動線圈往同一個方向持續轉動。
3.優點：只需改變輸入電流的大小就能直接調節電動機的 ，常被應用于需要調速的設備。
梳理與總結
安培力
機械能
周期性
轉速
　(多選)幾位同學課后討論直流電動機時，有下面幾種說法，你認為正確的是
A.直流電動機將電能轉化為機械能
B.直流電動機的電源是直流電，線圈中的電流方向是不變的
C.直流電動機中的換向器是由彼此絕緣的兩個金屬半圓環制成的
D.直流電動機的優點是可以連續調節轉動速度
例3
√
√
√
直流電動機將電能轉化為機械能，故A正確；
直流電動機的電源是直流電，但線圈中電流方向是改變的，故B錯誤；
直流電動機中的換向器是由彼此絕緣的兩個金屬半圓環制成的，故C正確；
線圈中電流的大小決定了線圈轉動的快慢，所以直流電動機的優點是可以連續調節轉動速度，故D正確。
返回
課時對點練
四
考點一　電流天平
1.如圖，在等臂電流天平的右端托盤下固定一矩形線圈，線圈匝數為n，底邊cd長為L，調平衡后放在磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直；當線圈中通入圖示方向的電流I時，在天平左、右兩邊加上質量分別為m1、m2的砝碼使天平再次平衡，重力加速度為g，則以下關系式正確的是
A.nBIL=(m1-m2)g B.nBIL=(m2-m1)g
C.BIL=(m2-m1)g D.BIL=(m1+m2)g
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基礎對點練
√
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根據左手定則可知線圈所受安培力方向為豎直向上，根據平衡條件有m2g-nBIL=m1g，解得nBIL=(m2-m1)g，故選B。
12
2.如圖甲所示，用電流天平測量勻強磁場的磁感應強度，掛在天平右臂下方的單匝矩形線圈中通入如圖乙所示的電流，此時天平處于平衡狀態，現保持邊長和電流大小、方向都不變，將該矩形線圈短邊放在磁場中，如圖丙所示，掛在天平的右臂下方，則
A.天平仍平衡
B.線圈受安培力變大
C.天平向右下方傾斜
D.天平向左下方傾斜
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根據左手定則可知，線圈所受安培力方向向上，由于F=BIL，則當短邊放入磁場時線圈受到的向上的安培力減小，則天平向右下方傾斜，故選項C正確。
12
3.(多選)(2024·中山市高二期末)如圖所示為電流天平，可以
測量勻強磁場的磁感應強度B。它的右臂掛著矩形線圈，線
圈匝數為n，b段導線長為l，導線a、b、c段處于勻強磁場中，
磁感應強度方向與線圈平面垂直。當線圈沒有通電時，天平
處于平衡狀態。當線圈中通入電流I時，在右盤加質量為m的砝碼可使天平重新平衡。重力加速度為g，下列說法正確的是
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12
A.線圈中受到的安培力方向豎直向下
B.在右盤加質量為m的砝碼后，若同時將磁場和電流反向，
天平仍然平衡
C.由以上測量數據可以求出磁感應強度B=
D.若僅將電流反向，可在右盤加質量為2m的砝碼使天平重新平衡
√
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根據左手定則可知線圈中受到的安培力方向豎直向上，
故A錯誤；
在右盤加質量為m的砝碼后，若同時將磁場和電流反
向，此時安培力大小方向都不變，所以天平仍然平衡，
故B正確；
根據題意可知nBIL=mg，解得B=，故C正確；
若僅將電流反向，安培力豎直向下，在右盤加質量為2m的砝碼，無法使天平重新平衡，故D錯誤。
12
考點二　磁電式電表
4.(多選)(2023·汕頭市高二期中)如圖甲為磁電式電流表的結構圖，圖乙為蹄形磁鐵和鐵質圓柱間的磁場分布，線圈a、b兩邊通以圖示方向電流，線圈兩邊所在處的磁感應強度大小相等。則下列選項正確的是
A.該磁場為勻強磁場
B.線圈將順時針轉動
C.線圈平面總與磁場方向垂直
D.圖示位置線圈b邊受安培力方向豎直向下
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根據磁感線分布可知，該磁場不是勻強
磁場，故A錯誤；
根據左手定則，圖示位置a邊受安培力方
向豎直向上，b邊受安培力方向豎直向下，則a向上轉動，b向下轉動，即線圈將順時針轉動，故B、D正確；
根據磁感線分布可知，線圈平面總與磁場方向平行，故C錯誤。
12
5.(多選)(2024·深圳市高二期末)如圖所示，某磁電式電流表的矩形線圈處在均勻輻射狀磁場中，線圈左右兩邊所在之處的磁感應強度大小均相等。線圈受到的安培力和螺旋彈簧的彈力達到平衡時，指針穩定，下列說法正確的是
A.指針穩定后螺旋彈簧形變產生的阻礙效果與線圈
受到的安培力的轉動效果是相反的
B.指針穩定后螺旋彈簧形變產生的阻礙效果與線圈
受到的安培力的轉動效果是相同的
C.通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉角度也
越大
D.更換勁度系數更小的螺旋彈簧，可增大電流表的量程
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螺旋彈簧形變產生的阻礙效果與線圈受到的
安培力的轉動效果相反線圈才能停止轉動，
使指針穩定，A正確，B錯誤；
安培力與電流大小成正比，所以通電線圈中
的電流越大，線圈所受的安培力就越大，電流表指針偏轉角度也越大，C正確；
由線圈受到的安培力和螺旋彈簧的彈力達到平衡時，指針穩定，更換勁度系數更小的螺旋彈簧，相同彈力(安培力)彈簧形變量更大，電流表的量程減小，D錯誤。
12
考點三　直流電動機
6.直流電動機通電后，使線圈發生轉動的力是
A.重力 B.電場力
C.安培力 D.摩擦力
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√
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直流電動機通電后，線圈中有電流通過，通電線圈在磁場中受到安培力的作用開始轉動，A、B、D錯誤，C正確。
7.如圖所示是直流電動機的模型，閉合開關后線圈順時針轉動，現要使線圈逆時針轉動，下列方法中可行的是
A.只改變電流方向
B.只改變電流大小
C.換用磁性更強的磁鐵
D.對換磁極同時改變電流方向
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直流電動機的轉動方向與線圈中的電流方向和磁
場方向有關，與磁場強弱無關，若使通入線圈的
電流方向改變或磁場的方向改變，它的轉動方向
都將改變，但如果同時改變電流的方向和磁場的
方向，線圈的轉動方向將不變，故A正確。
8.(2023·茂名市電白區高二期中)如圖所示，電磁炮是一
種新型的發射炮彈的裝置，把待發射的炮彈放在勻強磁
場中的兩平行導電導軌上，給導軌通以電流，炮彈作為
一個載流導體在磁場作用下沿導軌加速，使炮彈獲得極
大的發射速度。下列各俯視圖中正確表示磁場B方向的是
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能力綜合練
√
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根據左手定則可知，A圖中安培力方向向左，不能
使炮彈沿導軌向右加速，A錯誤；
B圖中炮彈所受安培力向右，使炮彈向右加速，B
正確；
C、D圖中炮彈中電流方向與磁場平行，不受安培力，C、D錯誤。
12
9.(2024·江門市高二期末)如圖甲所示是我國研制的高速磁浮交通系統成功下線的情景。常導磁吸式(EMS)利用裝在車輛兩側轉向架上的常導電磁線圈和鋪設在線路導軌上的磁鐵，在兩者的相互作用下產生的吸引力使車輛浮起，軌道磁鐵受列車速度影響，速度大磁性強，軌道磁鐵外部磁感應強度隨距離增大而減小。車體運行時，通過精確控制車身線圈中的電流I磁，形成穩定的吸引力，使車體與軌道之間始終保持10 mm的懸浮氣隙，如圖乙所示。下列選項正確的是
A.車身懸浮時受到的豎直方向安培力大于重力
B.當懸浮間隙小于10 mm時，應增大電流I磁使之恢復
C.車體滿載時懸浮較空載所需的電流I磁較小
D.列車高速時更難懸浮
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車身懸浮時受到的安培力大小等于重力，A錯誤；
當懸浮間隙小于10 mm時，應增大電流I磁，從而
增大向上的安培力，使之恢復，B正確；
車體滿載時會使車重增加，要增大安培力才能穩
定懸浮，根據F=BIL應增大電流，C錯誤；
軌道磁鐵受列車速度影響，速度大，磁性強，根據
F=BIL列車高速時B更強，安培力增大，更容易磁懸浮，D錯誤。
12
10.(2023·廣州市鐵一、廣大附、廣外三校高二期末)如圖所示，
某興趣小組制作了一種可“稱量”磁感應強度大小的實驗裝
置。蹄形磁鐵置于水平電子測力計上，蹄形磁鐵兩極之間的
磁場可視為水平勻強磁場，不計兩極間以外區域磁場。一水
平導體棒垂直磁場方向放入蹄形磁鐵兩極之間(未與磁鐵接
觸)，導體棒由兩根絕緣桿固定于鐵架臺上。導體棒沒有通電時，測力計的示數為G0；導體棒通以圖示方向電流I(如圖所示)時，測力計的示數為G1。測得導體棒在兩極間的長度為L，磁鐵始終靜止，不考慮導體棒電流對磁鐵磁場分布的影響。下列說法正確的是
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A.導體棒所在處磁場的磁感應強度大小為B=
B.若使圖示方向電流增大，被“稱量”的磁感應強度將增大
C.若使圖示方向電流增大，被“稱量”的磁感應強度將減小
D.若通以圖示大小相等、方向相反的電流I，測力計示數將
變為2G0-G1
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當導體棒通以圖示方向電流I時，根據左手定則可知，導
體棒受安培力向上，由牛頓第三定律知磁鐵受到向下的
作用力，由平衡條件可知F安=BIL=G1-G0，解得B=，
選項A錯誤；
磁鐵兩極間的磁感應強度只與磁鐵本身有關，若使圖示方向電流增大，被“稱量”的磁感應強度不變，選項B、C錯誤；
若通以圖示大小相等、方向相反的電流I，則安培力反向，此時測力計示數將變為FN=G0-F安=2G0-G1，選項D正確。
12
11.(2024·東莞市高二月考)如圖所示，是物理興趣小組
自制的電流表原理圖。質量為m的均勻細金屬桿MN與
一豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連，彈簧勁度系數為k，在
邊長ab=L1、bc=L2的矩形區域abcd內有勻強磁場，磁感
應強度大小為B，方向垂直紙面向外。MN的右端連接一絕緣輕指針，可指示出標尺上的刻度，MN的長度大于ab。當MN中沒有電流通過且處于靜止時，MN與ab邊重合，且指針指在標尺的零刻度。當MN中有電流時，指針示數可表示電流大小。MN始終在紙面內且保持水平，重力加速度為g，則
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A.金屬桿中電流方向不影響電流表正常工作
B.當該電流表的示數為零時，彈簧的伸長量為零
C.該電流表的刻度在有效范圍內是不均勻的
D.該電流表的最大量程是Im=
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電流表正常工作時金屬桿所受安培力應向下，即電
流方向應M→N，故電流方向改變，所受安培力方
向改變，會影響電流表正常工作，A錯誤；
當該電流表的示數為零時，滿足kΔx=mg，可得彈簧的伸長量為Δx=≠0，B錯誤；
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設電流表滿偏時通過MN的電流為Im，此時金屬桿達
到cd位置，由平衡條件可得mg+BImL1=k(Δx+L2)，聯
立可解得最大量程為Im=，同理可知，在未達到最
大量程時滿足I=，I與x成正比，故該電流表的刻度在有效范圍內是
均勻的，C錯誤，D正確。
12
12.(2024·廣州市高二月考)某電子天平原理如圖所示，
E形磁鐵的兩側為N極，中心為S極，兩極間磁感應強
度的大小均為B，磁極寬度均為L。忽略邊緣效應，一
正方形線圈套于中心磁極，其骨架與秤盤連為一體，線圈兩端C、D與外電路連接，當質量為m的重物放在秤盤上時，彈簧被壓縮，秤盤和線圈一起向下運動(骨架與磁極不接觸)，隨后外電路對線圈供電，秤盤和線圈恢復到未放重物時的位置并靜止。此時根據對應的供電電流I，可確定重物的質量。已知線圈匝數為n，線圈電阻為R，重力加速度為g。
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尖子生選練
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(1)供電電流I是從C端還是從D端流入？
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答案　D端流入　
根據左手定則可知，若想使彈簧恢復形變，安培力必須向上，根據左手定則可知電流應從D端流入。
(2)求重物質量與電流的關系。
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答案　m=I　
根據受力平衡mg=nBI·2L，解得m=I
(3)不法商販發現了秤中E形磁鐵，打算在兩側各加一塊鐵片，試問這樣對稱重有沒有影響？稱重是變大還是變小了？說明理由。
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答案　有影響，稱重變小，理由詳見解析
有影響，稱重質量變小。
由于兩側增加鐵片后，磁感應強度變大。根據(2)中質量與電流的關系式可知，當質量不變時，磁感應強度變大，所需的供電電流I變小。故電子秤表盤的讀數變小，即稱重變小。
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